高恒阻大变形锚索力学特性及现场防冲试验研究

论文摘要

随着煤矿开采深度的不断增加，冲击地压发生矿井数量和危害程度呈迅速上升趋势，现有的支护对巷道掘进和服务期间发生的冲击地压没有很好的防治作用，根本原因在于支护材料不能满足在冲击荷载下产生足够的变形量吸收围岩变形能，同时保持恒定的支护阻力。本文主要以恒阻值为350KN的新型高恒阻大变形锚索的力学特性及现场模拟冲击地压的防冲试验为主要研究内容，通过一系列室内静力学拉伸试验和动力冲击实验，验证了新型高恒阻大变形锚索具有在冲击作用下产生滑移变形且保持高恒阻的防冲力学特性，对该锚索与巷道围岩相互作用的机理进行了详细研究。首次提出了采用高恒阻大变形锚索材料为防冲支护材料，在现场采用爆破的形式模拟冲击地压的防冲试验方案，并在红阳三矿北一1213回风联络巷进行该锚索与普通锚索对比的现场试验，同时对锚索受力进行了全时域实时监测，对比试验结果验证了室内高恒阻大变形锚索防冲力学特性实验研究，揭示了高恒阻大变形锚索防冲机理是具有吸收能量的同时保持恒阻的特性，表明高恒阻大变形锚索比普通锚索具有很好的抗冲击性能，防冲效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• Detailed Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 冲击地压国内外研究现状
• 1.2.1 煤矿冲击地压理论研究现状
• 1.2.1.1 强度理论
• 1.2.1.2 能量理论
• 1.2.1.3 刚度理论
• 1.2.1.4 冲击倾向理论
• 1.2.1.5 ―三准则‖理论
• 1.2.1.6 失稳理论
• 1.2.1.7 突变理论
• 1.2.1.8 分形理论
• 1.2.1.9 ―三因素‖理论
• 1.2.2 冲击地压室内试验研究现状
• 1.2.3 采场冲击地压防治技术
• 1.2.3.1 煤矿冲击地压防治主动解危措施
• 1.2.3.2 煤矿冲击地压防治战略性防御措施
• 1.2.4 掘进巷道冲击地压防治技术
• 1.2.5 可吸收能量锚索研究现状
• 1.2.6 存在的问题
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 研究方法及技术路线
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 主要进展和创新点
• 2 高恒阻大变形锚索力学特性
• 2.1 高恒阻大变形锚索防冲控制理念
• 2.2 高恒阻大变形锚索简介
• 2.2.1 高恒阻大变形锚索结构组成
• 2.2.2 高恒阻大变形锚索的防冲工作原理
• 2.2.3 高恒阻大变形锚索的技术特点
• 2.2.4 高恒阻大变形锚索规格
• 2.2.5 高恒阻大变形锚索技术参数
• 2.3 高恒阻大变形锚索静力学特性实验研究
• 2.3.1 实验设备
• 2.3.2 试件基本物理参数
• 2.3.3 实验方法
• 2.3.4 实验过程及实验现象
• 2.3.5 实验结果
• 2.4 恒阻大变形锚索动力学特性实验研究
• 2.4.1 实验设备
• 2.4.2 试件基本物理参数
• 2.4.3 实验结果
• 2.5 高恒阻大变形锚索能量本构关系
• 2.6 巷道围岩稳定性能量平衡方程
• 2.7 本章小结
• 3 现场防冲试验方案设计
• 3.1 红阳三矿概况
• 3.2 红阳三矿地应力场原位测量
• 3.2.1 区域构造背景
• 3.2.2 矿区构造体系分析
• 3.2.3 地应力测量路线和结果
• 3.3 现场防冲试验段工程地质条件
• 3.3.1 北一 1213 回风联络巷位置及四邻情况
• 3.3.2 煤层及顶底板情况
• 3.3.3 构造情况
• 3.3.4 瓦斯及通风条件
• 3.3.5 自燃及煤尘情况
• 3.3.6 巷道布置及支护
• 3.4 试验段巷道布置
• 3.5 试验段巷道加固方案设计
• 3.6 爆破硐室设计
• 3.7 试验过程设计
• 3.7.1 炮孔布置设计
• 3.7.2 装药量计算
• 3.7.3 钻孔位置计算
• 3.7.4 试验过程设计
• 3.8 监测设计
• 3.8.1 常规矿压监测设计
• 3.8.2 锚索应力、变形动态监测
• 3.8.2.1 监测断面设计
• 3.8.2.2 锚索应力、变形动态监测系统
• 3.9 本章小结
• 4 现场冲击试验结果分析
• 4.1 试验段Ⅰ-普通锚索爆破试验结果
• 4.1.1 巷道破坏情况
• 4.1.2 锚索受力监测结果
• 4.2 段 II-恒阻大变形锚索爆破试验结果
• 4.2.1 巷道变形及高恒阻大变形锚索拉伸量
• 4.2.2 锚索受力监测结果
• 4.3 试验段 III-恒阻大变形锚索爆破试验结果
• 4.3.1 巷道变形及高恒阻大变形锚索拉伸量
• 4.3.2 锚索受力监测结果
• 4.4 试验段 IV-普通锚索爆破试验结果
• 4.4.1 巷道变形情况
• 4.4.2 锚索受力监测结果
• 4.5 本章小结
• 5 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在学期间发表的学术论文
• 在学期间参加科研项目